專利名稱：封鎖脈沖運行方式下靜止無功發(fā)生器的過電壓抑制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種封鎖脈沖運行方式下靜止無功發(fā)生器的過電壓抑制裝置，屬電力系統(tǒng)控制技術(shù)領(lǐng)域。
靜止無功發(fā)生器(以下簡稱ASVG)在電力系統(tǒng)投入運行后，來自電力系統(tǒng)的擾動有時會影響其正常的運行，因此有必要采取一種特殊的運行方式，以便在不利于ASVG繼續(xù)運行的條件下，暫時停止其正常工作。而當(dāng)系統(tǒng)的狀況允許ASVG運行時，立即恢復(fù)其正常運行狀態(tài)。對近幾年檢索到的有關(guān)ASVG的文獻進行分類可以看出在幾乎所有以ASVG實際裝置的開發(fā)為背景的研究工作中，通常將封鎖脈沖做為保護的主要手段。但是，對于封鎖后會產(chǎn)生怎樣的后果這一關(guān)鍵問題，除一篇日本人發(fā)表的文章外，其余檢索到的文獻均未給出明確的結(jié)論。日本人的文章名為“開發(fā)基于自換相逆變器的大容量在靜止無功發(fā)生器以提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性”，作者是Shosuke Mori，KatsuhikoMatsuno，Taizo Hasegawa等人，文章發(fā)表于1993年2月的IEEE雜志《Transaction on Power System》上。在開發(fā)當(dāng)時世界上最大容量的80MvarASVG裝置的基礎(chǔ)上，文章正確地指出封鎖驅(qū)動脈沖，而不將ASVG從系統(tǒng)中退出；或者ASVG啟動時，為了加快啟動速度，從系統(tǒng)側(cè)“自勵”啟動，會導(dǎo)致裝置直流側(cè)出現(xiàn)過電壓。但是，在分析過電壓產(chǎn)生的原因時，文章僅僅認為是由于系統(tǒng)側(cè)串聯(lián)變壓器激磁阻抗不均造成的過電壓，并為此提出了采用相間插入有隙鐵芯的多重化變壓器實現(xiàn)均壓的方法，這種變壓器造價高，設(shè)計復(fù)雜，較難在實際中推廣使用。
如圖1所示，封鎖可關(guān)斷晶閘管(T1-T4)驅(qū)動脈沖后，如前所述，ASVG不與系統(tǒng)解列，開關(guān)K仍處于閉和狀態(tài)，裝置工作于整流狀態(tài)，系統(tǒng)電壓經(jīng)過續(xù)流二極管(D1-D4)對直流電容充電。如果系統(tǒng)電壓只有基波成分，那么直流側(cè)電容電壓會充到系統(tǒng)電壓的峰值，之后，變壓器處于空載狀態(tài)。變壓器磁路的飽和現(xiàn)象，或者說磁化曲線的非線性特性，使得空載變壓器的磁通中出現(xiàn)一系列的奇次諧波分量，這些諧波磁通會感應(yīng)出相應(yīng)的諧波電壓，諧波電壓疊加在基波電壓上一起對直流側(cè)電容充電，使直流側(cè)出現(xiàn)過電壓。圖2給出了300kVA ASVG封鎖脈沖后的空載電壓波形及其Fourier分析結(jié)果?？蛰d輸出電壓主要含五次和七次諧波電壓，兩者分別達到基波電壓的45％和19％。
從上面的分析可以看出如果消除了空載變壓器中的諧波磁通就可以抑制過電壓的產(chǎn)生。而要消除諧波磁通，最好的辦法是提供諧波磁通的去磁諧波電流。
遺憾的是大容量ASVG的主電路設(shè)計中，變壓器的繞組在系統(tǒng)側(cè)通常采用了Y/Δ串接或曲折連接等形式，這種連接方式恰恰不能提供某些次諧波電流。因此，同這些諧波電流相應(yīng)的諧波磁通便不能消除。
本發(fā)明的目的是提供一種封鎖脈沖運行方式下靜止無功發(fā)生器的過電壓抑制裝置。封鎖脈沖運行方式下的ASVG仍然與系統(tǒng)相連，但是其觸發(fā)脈沖處于封鎖狀態(tài)，一旦解除對脈沖的封鎖，ASVG瞬時恢復(fù)正常運行。封鎖和解除脈沖的時間通常在微秒級，使ASVG對電力系統(tǒng)的作用得到最大限度地發(fā)揮。
本發(fā)明設(shè)計的封鎖脈沖運行方式下靜止無功發(fā)生器的過電壓抑制裝置，包括多重化逆變器，聯(lián)結(jié)變壓器，斷路器，絕緣柵雙極型晶體管和電阻及絕緣柵雙極型晶體管的觸發(fā)電路，晶體管的漏極與電阻的相接，晶體管的源極與多重化逆變器直流側(cè)電容的負端相接，晶體管的柵極與觸發(fā)電路相接，當(dāng)ASVG的脈沖封鎖信號產(chǎn)生后，立即啟動開關(guān)器件IGBT的驅(qū)動電路，開通IGBT，將電阻R并聯(lián)到直流側(cè)電容的兩端。由于ASVG的多重化電壓型逆變器共用直流電容，因此電阻R的接入，將為所有逆變橋的諧波電流提供通路，從而有效降低諧波磁通及諧波電壓。
本發(fā)明的過電壓抑制裝置，其中所述的電阻值為R=2(UC2-2U12)N2[Σ(Uon2/Znm2)]]]>上式中，U1為逆變器側(cè)變壓器基波電壓有效值；N為多重化逆變器所含逆變橋的數(shù)目；Uon為空載n次諧波電壓的有效值；Znm為變壓器針對n次諧波電壓的激磁阻抗。
本發(fā)明的效果是封鎖脈沖運行方式下的過電壓抑制裝置在10kVA，300kVA和20MVA的ASVG中使用，通過按上述公式選取不同的電阻值，分別將直流側(cè)的過電壓降至正常的額定電壓附近。在10kVA裝置中，將直流側(cè)電壓從460V降至310V；在300kVA裝置中，從840V降至610V在20MVA裝置中，從2600V降至2000V，保證了封鎖脈沖運行方式的順利實施，大大提高了ASVG對付電力系統(tǒng)擾動的能力。


圖1為已有技術(shù)中單相逆變器與系統(tǒng)連接示意圖。
圖2為空載變壓器電壓波形及諧波分析示意圖，圖2中，a是空載變壓器電壓波形，b是空載變壓器電壓諧波分析結(jié)果。
圖3為本發(fā)明的過電抑制裝置原理圖。
圖4為本發(fā)明實施例中300kvar ASVG封鎖脈沖后電容電壓的現(xiàn)場錄波圖。
下面結(jié)合附圖，詳細介紹本發(fā)明的內(nèi)容。
本發(fā)明的過電壓抑制裝置，包括多重化逆變器5，聯(lián)結(jié)變壓器6，斷路器7，絕緣柵雙極型晶體管2和電阻3及絕緣柵雙極型晶體管的觸發(fā)電路1，晶體管的漏極與電阻2的相接，晶體管的源極與多重化逆變器5直流側(cè)電容4的負端相接，晶體管的柵極與觸發(fā)電路1相接，當(dāng)ASVG的脈沖封鎖信號產(chǎn)生后，立即啟動開關(guān)器件IGBT的驅(qū)動電路1，開通IGBT，將電阻R并聯(lián)到直流側(cè)電容4的兩端。由于ASVG的多重化電壓型逆變器共用直流電容，因此電阻R的接入，將為所有逆變橋的諧波電流提供通路，從而有效降低諧波磁通及諧波電壓。
本發(fā)明的過電壓抑制裝置，其中所述的電阻值為R=2(UC2-2U12)N2[Σ(Uon2/Znm2)]]]>上式中，U1為逆變器側(cè)變壓器基波電壓有效值；N為多重化逆變器所含逆變橋的數(shù)目；Uon為空載n次諧波電壓的有效值；Znm為變壓器針對n次諧波電壓的激磁阻抗。
圖3為這種過電壓抑制裝置的原理圖。圖中虛線框內(nèi)的部分為ASVG的主體，電阻R和絕緣柵雙極型晶體管(簡稱IGBT)模塊及其驅(qū)動電路為過電壓抑制裝置的組成部分。電路的工作情況是這樣的當(dāng)ASVG的脈沖封鎖信號產(chǎn)生后，立即啟動開關(guān)器件IGBT的驅(qū)動電路，開通IGBT，將電阻R并聯(lián)到直流側(cè)電容的兩端。由于ASVG的多重化電壓型逆變器共用直流電容，因此電阻R的接入，將為所有逆變橋的諧波電流提供通路，從而有效降低諧波磁通及諧波電壓。
下面介紹
具體實施例方式在300kVA ASVG中，直流側(cè)額定電壓為520V左右，不采用過電壓抑制電路時，Uc達到840V。實際中，計劃利用過電壓抑制電路，將Uc降至600V左右。對于300kVA ASVG，諧波電壓主要為5、7次，且有Uc＝600V；U1＝370V；N＝9；U05＝166.5V；U07＝70.3V；Z5m＝260Ω；Z7m＝364Ω。根據(jù)公式計算，R＝62.6Ω。實際電阻R取值為60歐姆，功率約10千瓦，通過四只1200V/10A IGBT并聯(lián)的IGBT模塊將其并聯(lián)到電容兩端。圖4為300kvar ASVG封鎖脈沖后電容電壓的現(xiàn)場錄波圖。當(dāng)ASVG正常工作時，IGBT截止，從而避免了由于電阻R的投入帶來的附加損耗。
權(quán)利要求
1.一種封鎖脈沖運行方式下靜止無功發(fā)生器的過電壓抑制裝置，包括多重化逆變器，聯(lián)結(jié)變壓器，斷路器，其特征在于，還包括絕緣柵雙極型晶體管和電阻及絕緣柵雙極型晶體管的觸發(fā)電路，晶體管的漏極與電阻相接，晶體管的源極與多重化逆變器直流側(cè)電容的負端相接，晶體管的柵極與觸發(fā)電路相接，當(dāng)靜止無功發(fā)生器的脈沖封鎖信號產(chǎn)生后，立即啟動開關(guān)器件絕緣柵雙極型晶體管的驅(qū)動電路，開通絕緣柵雙極型晶體管，將電阻并聯(lián)到直流側(cè)電容的兩端，由于靜止無功發(fā)生器的多重化電壓型逆變器共用直流電容，因此電阻的接入，將為所有逆變橋的諧波電流提供通路，從而有效降低諧波磁通及諧波電壓。
2.如權(quán)利要求1所述的過電壓抑制裝置，其特征在于，其中所述的電阻值為R=2(UC2-2U12)N2[Σ(Uon2/Znm2)]]]>上式中，U1為逆變器側(cè)變壓器基波電壓有效值；N為多重化逆變器所含逆變橋的數(shù)目；Uon為空載n次諧波電壓的有效值；Znm為變壓器針對n次諧波電壓的激磁阻抗。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種封鎖脈沖運行方式下靜止無功發(fā)生器的過電壓抑制裝置,包括多重化逆變器、絕緣柵雙極型晶體管等,晶體管的漏極與電阻相接,晶體管的源極與多重化逆變器直流側(cè)電容的負端相接,晶體管的柵極與觸發(fā)電路相接,當(dāng)ASVG的脈沖封鎖信號產(chǎn)生后,立即啟動IGBT的驅(qū)動電路,將電阻R并聯(lián)到直流側(cè)電容的兩端,為所有逆變橋的諧波電流提供通路。本發(fā)明的抑制裝置,可大幅度降低直流側(cè)電壓,保證了封鎖脈沖運行方式的順利實施。
文檔編號H02J7/12GK1256542SQ0010004
公開日2000年6月14日 申請日期2000年1月7日 優(yōu)先權(quán)日2000年1月7日
發(fā)明者劉文華, 梁旭, 王仲鴻 申請人:清華大學(xué)